(57)【要約】【課題】少なくとも１つの温度域で比熱変化帯を有する冷却水を使用して、内燃機関のオーバーヒートを抑制する技術を提供する。【解決手段】少なくとも１つの温度域で比熱が変化している状態の比熱変化帯を有する冷却水を使用する内燃機関の冷却水制御装置であって、冷却水の温度を調節するために開閉制御されるサーモスタットであって、開閉制御タイミングが可変なサーモスタットと、冷却水が比熱変化帯を有することで得られる冷却水の温度上昇に寄与しない残存潜熱量を推定する残存潜熱量推定手段と、前記残存潜熱量推定手段によって推定された残存潜熱量が、前記サーモスタットを開弁させるタイミングか否かの閾値となる所定量以下になった場合に、前記サーモスタットを開弁させる制御手段と、を備えた。【選択図】図６
2013007308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの温度域で比熱が変化している状態の比熱変化帯を有する冷却水を使用する内燃機関の冷却水制御装置であって、
冷却水の温度を調節するために開閉制御されるサーモスタットであって、開閉制御タイミングが可変なサーモスタットと、
冷却水が比熱変化帯を有することで得られる冷却水の温度上昇に寄与しない残存潜熱量を推定する残存潜熱量推定手段と、
前記残存潜熱量推定手段によって推定された残存潜熱量が、前記サーモスタットを開弁させるタイミングか否かの閾値となる所定量以下になった場合に、前記サーモスタットを開弁させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却水制御装置。
【請求項２】
前記サーモスタットを開弁させるタイミングか否かの閾値となる所定量は、内燃機関の運転状態に応じて変更されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却水制御装置。
【請求項３】
前記制御手段が前記サーモスタットを開弁させるタイミングは、冷却水の温度が比熱変化帯内に存在し残存潜熱量が変化するタイミングであることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の冷却水制御装置。
【請求項４】
冷却水は、複数の温度域で比熱変化帯を有し、
前記制御手段が前記サーモスタットを開弁させるタイミングは、冷却水の温度が最も高い温度域での比熱変化帯内に存在し残存潜熱量が変化するタイミングであることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の冷却水制御装置。
【請求項５】
冷却水は、相変化することにより媒体の比熱を変更する多種類の粒子を含むことで、複数の温度域で比熱変化帯を有することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の冷却水制御装置。
【請求項６】
少なくとも１つの温度域で比熱が変化している状態の比熱変化帯を有する冷却水を使用する内燃機関の冷却水制御方法であって、
冷却水が比熱変化帯を有することで得られる冷却水の温度上昇に寄与しない残存潜熱量を推定し、
推定された残存潜熱量が、冷却水の温度を調節するために開閉制御されるサーモスタットであって、開閉制御タイミングが可変なサーモスタットを開弁させるタイミングか否かの閾値となる所定量以下になった場合に、前記サーモスタットを開弁させることを特徴とする内燃機関の冷却水制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の冷却水制御装置及び内燃機関の冷却水制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を冷却する冷却水として、固相状態と液相状態との間で相変化することにより媒体の比熱を変更する粒子を含むことで比熱が可変する冷却水を用いる技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。これにより、粒子の蓄熱効果により熱を効率的に輸送することができ、その分だけポンプによる冷却水の循環量を少なくすることができ、冷却対象熱源の冷却効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０４４８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された比熱が可変する冷却水であると、粒子を含ませる冷却水媒体（溶媒）に、低比熱な冷却水媒体を使用することになる。低比熱な冷却水媒体を使用すると、冷却水に含まれる粒子によって高比熱となる比熱変化帯以外の温度域では、温度変化が激しい。そうすると、冷却水が比熱変化帯を超えて温度上昇した際に冷却が間に合わず、内燃機関のオーバーヒートを招くおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、少なくとも１つの温度域で比熱変化帯を有する冷却水を使用して、内燃機関のオーバーヒートを抑制する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
少なくとも１つの温度域で比熱が変化している状態の比熱変化帯を有する冷却水を使用する内燃機関の冷却水制御装置であって、
冷却水の温度を調節するために開閉制御されるサーモスタットであって、開閉制御タイミングが可変なサーモスタットと、
冷却水が比熱変化帯を有することで得られる冷却水の温度上昇に寄与しない残存潜熱量を推定する残存潜熱量推定手段と、
前記残存潜熱量推定手段によって推定された残存潜熱量が、前記サーモスタットを開弁させるタイミングか否かの閾値となる所定量以下になった場合に、前記サーモスタットを開弁させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却水制御装置である。
【０００７】
ここで、比熱変化帯とは、冷却水の比熱が変化している状態の温度帯であり、この比熱変化帯では、冷却水に付与される熱量に変化が生じても、比熱が変化し冷却水の温度が変化し難くなるものである。また、残存潜熱量とは、冷却水が比熱変化帯を有することで得られる潜熱量であって、比熱変化帯で冷却水の比熱が変化することで冷却水の温度上昇に寄与しない潜熱量である。また、所定量とは、残存潜熱量がそれ以下になるとサーモスタットを開弁させるタイミングとなる量であり、サーモスタットを開弁させるタイミングか否かの閾値である。
【０００８】
本発明によると、残存潜熱量が所定量以下になった場合に、サーモスタットを開弁させ
て冷却水の温度を低下させる。つまり、サーモスタットを開弁させるタイミングを残存潜熱量及び所定量に応じて変更することができる。このため、サーモスタットを開弁させて冷却水の温度を低下させる残存潜熱量が所定量以下になるタイミングを、内燃機関がオーバーヒートする手前のタイミングに設定することで、内燃機関のオーバーヒートを抑制することができる。したがって、少なくとも１つの温度域で比熱変化帯を有する冷却水を使用して、内燃機関のオーバーヒートを抑制することができる。
【０００９】
前記サーモスタットを開弁させるタイミングか否かの閾値となる所定量は、内燃機関の運転状態に応じて変更されるとよい。
【００１０】
本発明によると、サーモスタットを開弁させるタイミングを決定する所定量を、内燃機関の運転状態に応じて変更することができる。このため、サーモスタットを開弁させて冷却水の温度を低下させる残存潜熱量が所定量以下になるタイミングを、内燃機関の運転状態を考慮して内燃機関がオーバーヒートする手前のタイミングに設定することができ、内燃機関のオーバーヒートを抑制することができる。
【００１１】
前記制御手段が前記サーモスタットを開弁させるタイミングは、冷却水の温度が比熱変化帯内に存在し残存潜熱量が変化するタイミングであるとよい。
【００１２】
本発明によると、冷却水の温度が変化せず残存潜熱量が変化するタイミングでサーモスタットを開弁させることができる。よって、残存潜熱量が変化せず冷却水の温度が変化しているような冷却水の温度がばらつくタイミングでサーモスタットを開弁してしまうことを回避することができ、冷却水の温度制御の不安定化を抑制することができる。
【００１３】
冷却水は、複数の温度域で比熱変化帯を有し、
前記制御手段が前記サーモスタットを開弁させるタイミングは、冷却水の温度が最も高い温度域での比熱変化帯内に存在し残存潜熱量が変化するタイミングであるとよい。
【００１４】
本発明によると、最も高い温度域での比熱変化帯を、サーモスタットの開弁タイミングの調整に用いることができ、他の温度域での比熱変化帯を、冷却水の温度制御に用いることができる。
【００１５】
冷却水は、相変化することにより媒体の比熱を変更する多種類の粒子を含むことで、複数の温度域で比熱変化帯を有するとよい。
【００１６】
本発明によると、多種類の粒子が異なる温度域で相変化することにより、各種類の粒子が相変化する温度域が比熱変化帯となる。
【００１７】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
少なくとも１つの温度域で比熱が変化している状態の比熱変化帯を有する冷却水を使用する内燃機関の冷却水制御方法であって、
冷却水が比熱変化帯を有することで得られる冷却水の温度上昇に寄与しない残存潜熱量を推定し、
推定された残存潜熱量が、冷却水の温度を調節するために開閉制御されるサーモスタットであって、開閉制御タイミングが可変なサーモスタットを開弁させるタイミングか否かの閾値となる所定量以下になった場合に、前記サーモスタットを開弁させることを特徴とする内燃機関の冷却水制御方法である。
【００１８】
本発明によっても、少なくとも１つの温度域で比熱変化帯を有する冷却水を使用して、内燃機関のオーバーヒートを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、少なくとも１つの温度域で比熱変化帯を有する冷却水を使用して、内燃機関のオーバーヒートを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る冷却水のモデルを示す図である。
【図３】実施例１に係る冷却水の温度と比熱との関係を示す図である。
【図４】実施例１に係る比熱が変化する冷却水の温度上昇時の経過時間に対する、残存潜熱量変化、及び、冷却水の温度変化の特性曲線を示す図である。
【図５】実施例１に係る所定量を機関負荷（機関回転速度）あたり放熱量から求めるマップを示す図である。
【図６】実施例１に係る電子サーモスタットの開弁タイミング決定ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の冷却装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１では、シリンダブロック及びシリンダヘッドを冷却するために冷却水が冷却水通路２を循環する。冷却水通路２としては、冷却水がラジエータ３を流通する通路２ａ、冷却水がオイルクーラ４を流通する通路２ｂ、冷却水がスロットル弁５ａ及びＥＧＲ弁５ｂを流通する通路２ｃ、冷却水がリザーバタンク６を流通する通路２ｄ、冷却水がヒータコア７を流通する通路２ｅ、冷却水がＥＧＲクーラ８を流通する通路２ｆ、冷却水がそのまま流通するバイパス通路２ｇが設けられている。
【００２２】
ラジエータ３は、冷却水と外気とで熱交換して冷却水を冷却する。オイルクーラ４は、水冷式オイルクーラであり、内燃機関１に供給されるオイルと冷却水とで熱交換してオイルを冷却する。スロットル弁５ａは、内燃機関１で吸気量を制御する弁であり、冷却水で冷却される。ＥＧＲ弁５ｂは、内燃機関１に還流される排気の一部であるＥＧＲガス量を制御する弁であり、冷却水で冷却される。リザーバタンク６は、冷却水を一時的に貯留する。ヒータコア７は、温められた冷却水により室内へ供給される空気を温める。ＥＧＲクーラ８は、水冷式ＥＧＲクーラであり、内燃機関１に還流されるＥＧＲガスと冷却水とで熱交換してＥＧＲガスを冷却する。
【００２３】
冷却水がラジエータ３を流通する通路２ａには、シリンダブロックから通じる冷却水がオイルクーラ４を流通する通路２ｂが合流する。また、冷却水がラジエータ３を流通する通路２ａからは、冷却水がスロットル弁５ａ及びＥＧＲ弁５ｂを流通する通路２ｃ、並びに、冷却水がリザーバタンク６を流通する通路２ｄが分岐する。シリンダブロックから通じた冷却水がＥＧＲクーラ８を流通する通路２ｆは、冷却水がヒータコア７を流通する通路２ｅに合流する。
【００２４】
冷却水がラジエータ３を流通する通路２ａ及びバイパス通路２ｇが合流する部位には、電子サーモスタット９が配置されている。電子サーモスタット９は、冷却水の温度を調節するために指令に応じて開閉制御される制御弁であり、開閉制御タイミングが可変となっている。電子サーモスタット９を開弁することで冷却水がラジエータ３を流通するように冷却水の流通経路及び流通量を変更して冷却水の温度を低下させることができる。この開弁時、バイパス通路２ｇは冷却水の流通量が絞られる。反対に、電子サーモスタット９を閉弁することで冷却水がラジエータ３を流通し難くするように冷却水の流通経路及び流通
量を変更して冷却水の温度を低下し難くすることができる。この閉弁時、バイパス通路２ｇは冷却水の流通量が増加する。電子サーモスタット９の下流では冷却水をウォータポンプ１０に送り込む。ウォータポンプ１０は、冷却水を汲み上げて内燃機関１のシリンダブロックへ供給する。また、内燃機関１の出口に冷却水通路２が接続された部位には、水温センサ１１が配置され、水温センサ１１で内燃機関１から流出した冷却水の温度を検出する。
【００２５】
ここで、冷却水通路２を流通する冷却水は、比熱が可変する冷却水であって、２つの温度域で比熱が変化している状態の比熱変化帯Ｃ１，Ｃ２を有する冷却水である。すなわち、冷却水は、固相状態と液相状態との間で相変化したり、液相状態と気相状態との間で相変化したりすることにより媒体の比熱を変更する２種類の粒子を含み比熱が可変する冷却水である。なお、粒子としては、固相状態と液相状態との間で相変化するものだけでなく、液相状態と気相状態との間で相変化するもの等を用いることができる。この粒子は、例えば、カプセルの中に、潜熱等で蓄熱でき、相変化する物質を入れて構成される。また、冷却水としては、２つの温度域で比熱変化帯を有するものだけでなく、１つや３つ以上の温度域で比熱変化帯を有するものでもよい。冷却水は、図２に示すように温度が一定以上になると内部の物質が固体から液体に相変化するような物質をカプセルで包んだ２つの粒子Ｐ１，Ｐ２を、冷却水の溶媒の中に混入させたものである。図２は、本実施例に係る冷却水のモデルを示す図である。図２では、粒子Ｐ１が相変化する場合を例示している。
【００２６】
図３は、本実施例に係る冷却水の温度と比熱との関係を示す図である。図２に示すように冷却水中の２種類の複数の粒子Ｐ１，Ｐ２が固相状態と液相状態との間で相変化することにより、２種類の粒子Ｐ１，Ｐ２が相変化して冷却水の比熱が変化している比熱変化帯Ｃ１，Ｃ２が生じる（図３参照）。この比熱変化帯Ｃ１，Ｃ２は、冷却水に熱が付与されても、粒子が相変化して冷却水の比熱が変化している状態の相変化温度帯となる（図４参照）。すなわち比熱変化帯とは、冷却水の比熱が変化している状態の温度帯であり、この比熱変化帯では、冷却水に付与される熱量に変化が生じても、比熱が変化し冷却水の温度が変化し難くなるものである。ここで、図３に示すように、２つの比熱変化帯Ｃ１，Ｃ２のうち、最も高い温度域の比熱変化帯Ｃ２における比熱の変化で許容可能な許容受熱量を、もう一方の他の比熱変化帯Ｃ１における許容受熱量よりも多くしている。ここで、許容受熱量とは、冷却水の比熱が変化することで冷却水が温度変化せずに許容可能となる受熱量であり、この許容受熱量を超えると、冷却水の温度が比熱変化帯から逸脱してしまうものである。言い換えると、図３に示すように、最も高い温度域の比熱変化帯Ｃ２における比熱変化量を、もう一方の他の比熱変化帯Ｃ１における比熱変化量よりも多くしている。このように許容受熱量を異ならせるために、比熱変化帯Ｃ２を形成する粒子Ｐ２の量を、比熱変化帯Ｃ１を形成する粒子Ｐ１の量よりも多くしている。
【００２７】
図４は、本実施例に係る比熱が変化する冷却水の温度上昇時の経過時間に対する、残存潜熱量変化、及び、冷却水の温度変化の特性曲線を示す図である。図４に示すように冷却水が温度上昇していくと、２つの比熱変化帯Ｃ１，Ｃ２を経過する。ここで、内燃機関１の電子サーモスタット９が開弁するタイミングは、図３に示すように、最も高い温度域の比熱変化帯Ｃ２に含まれるようにしている。これにより、内燃機関１の電子サーモスタット９が開弁する際に、最も高い温度域の比熱変化帯Ｃ２で異なる熱量を受熱することができる。これによって、許容受熱量を多くした最も高い温度域の比熱変化帯Ｃ２を有効利用するようにしている。このような冷却水を用いることにより、内燃機関１の暖機過程では従来よりも冷却水の比熱を下げておくことで内燃機関１の暖機性を向上して燃費向上でき、暖機後はある一定の温度域（相変化温度帯）で比熱が高くなることから、受熱量の許容範囲が増大してオーバーヒート等を回避することができる。
【００２８】
この内燃機関１には、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１２が併設されている。ＥＣＵ１２
には、水温センサ１１、クランクポジションセンサ１３やアクセルポジションセンサ１４等の各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１２に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１２には、スロットル弁５ａ、ＥＧＲ弁５ｂ、ヒータコア７、及び電子サーモスタット９、ウォータポンプ１０等が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ１２によりこれらの機器が制御される。
【００２９】
（冷却水制御）
従来から比熱が可変する冷却水を使用することは考えられていた。この比熱が可変する冷却水であると、比熱変化を大きくするためや暖機性の向上のために、粒子を含ませる冷却水媒体（溶媒）に、低比熱な冷却水媒体を使用することになる。低比熱な冷却水媒体を使用すると、冷却水に含まれる粒子によって高比熱となる比熱変化帯以外の温度域では、温度変化が激しい。そうすると、冷却水が比熱変化帯を超えて温度上昇した際に冷却が間に合わず、内燃機関のオーバーヒートを招くおそれがある。
【００３０】
そこで、本実施例では、残存潜熱量ＱＬを推定し、最も高い温度域の比熱変化帯Ｃ２内における残存潜熱量ＱＬが所定量ＱＴ以下になった場合に、電子サーモスタット９を開弁させるようにした。ここで、残存潜熱量ＱＬとは、冷却水が比熱変化帯を有することで得られる潜熱量であって、比熱変化帯で冷却水の比熱が変化することで冷却水の温度上昇に寄与しない潜熱量である。また、所定量ＱＴとは、残存潜熱量ＱＬがそれ以下になると電子サーモスタット９を開弁させるタイミングとなる量であり、電子サーモスタット９を開弁させるタイミングか否かの閾値である。
【００３１】
具体的に本実施例では、冷却水の特性により予め定まっている潜熱総量から、冷却水への放熱量を差し引くことで、残存潜熱量ＱＬを推定する。ここで、冷却水への放熱量は、水温センサ１１で検出する冷却水の温度、及び、クランクポジションセンサ１３やアクセルポジションセンサ１４で検出した運転状態から判断する運転履歴に基づいて導出される。このような残存潜熱量ＱＬを推定するＥＣＵ１２が、本発明の残存潜熱量推定手段に対応する。
【００３２】
残存潜熱量ＱＬが推定されると、所定量ＱＴを定める。図５は、所定量ＱＴを機関負荷から求めるマップを示す図である。クランクポジションセンサ１３やアクセルポジションセンサ１４で検出した運転状態から、機関負荷を求め、図５に示すマップに基づき内燃機関１の運転状態に応じた所定量ＱＴを定めることができる。このように所定量ＱＴは、内燃機関１のオーバーヒート手前で電子サーモスタット９を開弁させるように、内燃機関１の運転状態に応じて変更されるものである。
【００３３】
そして、推定された残存潜熱量ＱＬと、定められた所定量ＱＴとを比較し、残存潜熱量ＱＬが所定量ＱＴ以下になった場合に、電子サーモスタット９を開弁させる。このように残存潜熱量ＱＬが所定量ＱＴ以下になった場合に、電子サーモスタット９を開弁させるＥＣＵ１２が、本発明の制御手段に対応する。
【００３４】
本実施例によると、残存潜熱量ＱＬが所定量ＱＴ以下になった場合に、電子サーモスタット９を開弁させて冷却水の温度を低下させる。つまり、電子サーモスタット９を開弁させるタイミングを残存潜熱量ＱＬ及び所定量ＱＴに応じて変更することができる。このため、電子サーモスタット９を開弁させて冷却水の温度を低下させる残存潜熱量ＱＬが所定量ＱＴ以下になるタイミングを、内燃機関１がオーバーヒートする手前のタイミングに設定することで、内燃機関１のオーバーヒートを抑制することができる。したがって、２つの温度域で比熱変化帯Ｃ１，Ｃ２を有する冷却水を使用して、内燃機関１のオーバーヒートを抑制することができる。
【００３５】
また本実施例によると、電子サーモスタット９を開弁させるタイミングは、冷却水の温度が最も高い温度域での比熱変化帯Ｃ２内に存在し残存潜熱量が変化するタイミングである。これにより、冷却水の温度が変化せず残存潜熱量ＱＬが変化するタイミングで電子サーモスタット９を開弁させることができる。よって、残存潜熱量ＱＬが変化せず冷却水の温度が変化しているような冷却水の温度がばらつくタイミングで電子サーモスタット９を開弁してしまうことを回避することができ、冷却水の温度制御の不安定化を抑制することができる。また、最も高い温度域での比熱変化帯Ｃ２を、電子サーモスタット９の開弁タイミングの調整に用いることができ、他の温度域での比熱変化帯Ｃ１を、冷却水の温度制御に用いることができる。
【００３６】
また、電子サーモスタット９を開弁させるタイミングか否かの閾値となる所定量ＱＴは、内燃機関１の運転状態に応じて変更される。このため、電子サーモスタット９を開弁させて冷却水の温度を低下させる残存潜熱量ＱＬが所定量ＱＴ以下になるタイミングを、内燃機関１の運転状態を考慮して内燃機関１がオーバーヒートする手前のタイミングに設定することができ、内燃機関１のオーバーヒートを抑制することができる。
【００３７】
（電子サーモスタット９の開弁タイミング決定ルーチン）
ＥＣＵ１２が実施する電子サーモスタット９の開弁タイミング決定ルーチンについて、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。図６は、本実施例に係る電子サーモスタットの開弁タイミング決定ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返しＥＣＵ１２によって実行される。
【００３８】
Ｓ１００では、冷却水温が比熱変化帯Ｃ２にあるか否か判定し、肯定判定された場合Ｓ１０１へ進み、否定判定された場合ルーチンを抜ける。
Ｓ１０１では、残存潜熱量ＱＬを推定する。「残存潜熱量ＱＬ＝潜熱総量−冷却水への放熱量」の式より推定される。Ｓ１０１を実行するＥＣＵ１２が本発明の残存潜熱量推定手段に対応する。Ｓ１０２では、所定量ＱＴを定める。機関負荷（機関回転速度）あたり放熱量を図５に示すマップに取り込むことで定められる。Ｓ１０３では、残存潜熱量ＱＬが所定量ＱＴ以下になるか否かを判別する。Ｓ１０３で肯定判定された場合には、Ｓ１０４へ移行する。Ｓ１０３で否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。Ｓ１０４では、電子サーモスタット９を開弁させる。Ｓ１０３及びＳ１０４を実行するＥＣＵ１２が本発明の制御手段に対応する。Ｓ１０４の処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
【００３９】
以上ルーチンによると、電子サーモスタット９の開弁タイミングを残存潜熱量ＱＬ及び所定量ＱＴによって定めるので、電子サーモスタット９の開弁タイミングが内燃機関のオーバーヒート手前となり、内燃機関のオーバーヒートを抑制することができる。
【００４０】
＜その他＞
本発明に係る内燃機関の冷却水制御装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。また、上記実施例は、内燃機関の冷却水制御方法の実施例でもある。
【００４１】
上記の実施例では、冷却水温が比熱変化帯Ｃ２にあるときに、比熱変化帯Ｃ２における冷却水の残存潜熱を推定し、運転条件に応じて定められる所定量との比較に基づき、サーモスタットの開弁を制御する例を説明したが、複数の比熱変化帯がある冷却水を用いる内燃機関の場合、各比熱変化帯において同様のサーモスタット制御を行っても良い。比熱変化帯によって制御の目的は異なるため、運転条件と所定量との関係は比熱変化帯によって変わってくる。例えば、比熱変化帯Ｃ２はオーバーヒートを防ぎたい運転条件であるか否かに応じて所定量を異ならせたが、低温域の比熱変化帯Ｃ１においては、例えば燃費特性などの観点から比熱変化帯Ｃ２とは別個に運転条件と所定量との関係を定めておくことが
好適である。
【００４２】
本発明は、所定の少なくとも１つの温度域（温度又は温度範囲をまとめて温度域と表現する）（上記の記載において比熱変化帯と称している）において比熱が前記所定の温度域以外の温度における比熱よりも大きい値をとる冷却水（熱媒体）を使用する内燃機関の冷却装置において内燃機関のオーバーヒートをより確実に抑制することを課題とし、そのために、前記内燃機関の冷却装置は、冷却水の流通する冷却水通路に設けられ前記冷却水から熱を奪うラジエータと、前記ラジエータをバイパスするバイパス通路と、閉じたときには前記ラジエータへの冷却水の流通を遮断して前記バイパス通路に冷却水を流通させ、開いたときには少なくとも前記ラジエータに冷却水を流通させるサーモスタットと、サーモスタットの開閉を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、冷却水の温度が前記所定の温度域にあるときに、当該所定の温度域の冷却水の残存潜熱量が、内燃機関の運転状態に応じて定められる所定の閾値（所定量）以下となったときにサーモスタットを開弁することを特徴としている。前記所定の温度域が複数ある冷却水を使用する場合には、前記制御手段は、冷却水の温度が前記複数の温度域のうち最も高い温度域にあるときに、当該最も高い温度域の冷却水の残存潜熱量が閾値以下となったときにサーモスタットを開弁するようにしても良い。
【００４３】
前記所定の温度域は、冷却水に含まれる物質に相転移が起こる温度とすることができる。相転移により熱が放出されるか又は熱が吸収されるため、相転移が起こる温度では冷却水の比熱が大きくなる。このため、所定の温度域においては、熱の出入があったとしても冷却水の温度は略一定となる。相転移が起こる温度が異なる複数の種類の物質を冷却水に含むことで、複数の所定の温度域のときに所定の温度域以外のときよりも比熱が大きくなる。
【００４４】
上記の記載において粒子をカプセル粒子とした場合について詳細に説明する。冷却水は、冷却水のとり得る温度範囲内の所定の温度域で相転移する潜熱蓄熱材を内部に封入したカプセル粒子を含む液体である。封入された潜熱蓄熱材の相転移温度が異なる複数種類のカプセル粒子が混入されていてもよい。冷却水に含まれる、相転移温度が最も高い潜熱蓄熱材の潜熱の総量が、冷却水に含まれる、他のどの相転移温度の潜熱蓄熱材の潜熱の総量よりも大きくなるようにしても良い。冷却水に含まれる、ある潜熱蓄熱材の潜熱の総量は、冷却水に含まれる当該潜熱蓄熱材の全ての潜熱の合計である。例えば、相転移温度が最も高い潜熱蓄熱材を封入するカプセルの粒子数を他のカプセルの粒子数より多くする。カプセル粒子に封入された潜熱蓄熱材の相転移温度又は相転移が開始する温度及び相転移が終了する温度により定まる温度域では、冷却水に対する熱授受は潜熱蓄熱材の相転移のために費やされるため、冷却水の温度は略一定となる。すなわち、この温度域では冷却水のみかけの比熱が他の温度域における比熱よりも大きい。この温度域が比熱変化帯である。内燃機関がオーバーヒートする温度より低い温度域に前記所定の温度域が設定された冷却水を用いることにより、オーバーヒートする温度より低い温度域での熱の出入りに対し冷却水の温度が変化し難くなるためオーバーヒート耐性が向上する。ある温度域の冷却水の残存潜熱量は、冷却水に含まれる、当該温度域に相転移温度がある潜熱蓄熱材の潜熱の全量から、既に吸熱した熱量を差し引いた熱量である。
【００４５】
図３において、冷却水は、所定の２つの温度域Ｃ１，Ｃ２（上記の記載において比熱変化帯と称している）における比熱が当該温度域Ｃ１，Ｃ２以外における比熱よりも大きくなる冷却水である。つまり、この冷却水は、相転移温度又は相転移の開始温度から終了温度までの温度範囲が温度域Ｃ１である所定の物質（潜熱蓄熱材）を封入したカプセル粒子と、相転移温度又は相転移の開始温度から終了温度までの温度範囲が温度域Ｃ２である所定の物質（潜熱蓄熱材）を封入したカプセル粒子と、を含み、温度域Ｃ１，Ｃ２においては、冷却水に出入りする熱がこれらの潜熱蓄熱材の相転移（固相と液相、液相と気相、固
相と気相など）のために費やされるため、冷却水の温度がこれらの温度域で略一定になり、冷却水の比熱が温度域Ｃ１，Ｃ２以外における比熱よりも見かけ上大きな値をとる多段可変比熱冷却水である。なお、冷却水は、相転移温度が異なる３種類以上の潜熱蓄熱材をカプセルに封入して冷却水に含ませる（混入させる）ことにより、３つ以上の所定温度域における比熱が当該所定温度域以外における比熱よりも大きな値になる冷却水であっても良い。
なお、一般に物質の比熱には温度依存性があり、温度変化に伴って比熱が変化する場合があるが、上述した所定温度域における比熱が所定温度域以外の温度における比熱より大きな値になるという比熱の温度変化は、冷却水に含ませた潜熱蓄熱材の相転移によるものであって、含有している物質の相転移によるものではない一般的な比熱の温度変化とは異なるものである。
【００４６】
また、図３に示すように本実施例では、冷却水の溶媒の比熱は、従来技術の冷却水の比熱よりも小さくしている。このように、温度と比熱との関係が、所定温度域以外では従来の冷却水よりも比熱が小さく、所定温度域では従来の冷却水よりも比熱が高くなることで、冷却水の温度が所定温度域以外の温度であるときは熱の出入りに対し冷却水の温度が速やかに変化する一方、冷却水の温度が所定温度域の温度であるときは熱の出入りに対し冷却水の温度変化が緩慢になる。そのため、暖機時に冷却水の温度が所定温度域以外の温度となるようにすることで冷却水の温度が速やかに上昇して燃費の向上が可能であるとともに、所定温度域では大きな熱授受があっても冷却水の温度を維持することが可能になるのでオーバーヒート耐性の向上や温度制御性の向上が可能である。
【００４７】
また、図３に示すように本実施例では、所定温度域Ｃ２にサーモスタットの開弁温度がある。すなわち、制御手段は、冷却水の温度が所定温度域Ｃ２にあり、かつ、所定温度域Ｃ２における冷却水の残存潜熱量が閾値以下となったときにサーモスタットを開弁する。冷却水の温度が所定温度域Ｃ２にある場合、冷却水に出入りする熱は、相転移温度が所定温度域Ｃ２にある潜熱蓄熱材の相転移に費やされ、冷却水の温度は所定温度域Ｃ２に維持される。所定温度域Ｃ２における冷却水の潜熱は、出入りした熱により既に相転移してしまった潜熱蓄熱材の分だけ減少する。制御手段は、所定温度域Ｃ２における冷却水の潜熱の総量から既に潜熱蓄熱材の相転移に費やされた熱量を差し引いた潜熱の残量（残存潜熱量）を推定し、この潜熱の残量が所定の閾値以下となったときに、サーモスタットを開弁する。この潜熱の残量がゼロになるまでは、熱の出入りがあっても冷却水の温度は所定温度域Ｃ２に維持されるので、残存潜熱量は、冷却水が所定温度域Ｃ２を逸脱することなく受熱（又は放熱）可能な熱量ということができる。
【００４８】
また、図３に示すように本実施例では、冷却水は、２つの所定温度域Ｃ１，Ｃ２のうち、最も高い温度域Ｃ２における比熱が、所定温度域Ｃ１における比熱よりも大きい。言い換えると、所定温度域Ｃ１，Ｃ２以外の温度域における比熱に対する所定温度域Ｃ２における比熱の差分（比熱変化量、比熱変化幅）は、所定温度域Ｃ１，Ｃ２以外の温度域における比熱に対する所定温度域Ｃ１における比熱の差分よりも大きい。このために、所定温度域Ｃ２に相転移温度がある潜熱蓄熱材を封入するカプセル粒子Ｐ２の量を、所定温度域Ｃ１に相転移温度がある潜熱蓄熱材を封入するカプセル粒子Ｐ１の量よりも多くしている。
【００４９】
図４は、冷却水に与えた熱量と、冷却水の温度及び冷却水の残存潜熱量と、の関係を示すもので、横軸は冷却水に与えた熱量とみることもできる。
【００５０】
図５では、内燃機関の運転状態に応じて所定量ＱＴを決定している。例えば、オーバーヒートを防ぎたい条件（高負荷運転時や、低車速時（ラジエータからの放熱量が少ない）や、外気温度（吸気温度）が高い時）では、所定量ＱＴを大きな値に設定し、それ以外の
条件では、所定量ＱＴを小さな値に設定する。これにより、オーバーヒートを防ぎたい条件では、比熱変化帯Ｃ２の冷却水の潜熱がある程度残っている状態（残存潜熱量が比較的多い状態）で電子サーモスタットが開弁される一方、それ以外の条件では、比熱変化帯Ｃ２の冷却水の潜熱が比較的少なくなる状態まで電子サーモスタットは開弁されない、というように、同じ比熱変化帯Ｃ２に冷却水の温度がある場合でも運転条件に応じて電子サーモスタットの開弁タイミングを異ならせることができ、オーバーヒート耐性の向上とともに冷却水温の制御性の向上が可能になる。図５は、機関負荷から所定量ＱＴを求めるマップ又は演算の一例を示すものであり、高負荷ほど（横軸右側ほど）所定量ＱＴが大きくなる。負荷に応じた所定量ＱＴの値は、その負荷での運転状態において１回転あたり冷却水に放熱される熱量、言い換えれば、１回転あたり消費される冷却水の潜熱量に応じて定められる。図５においてある程度以上の負荷に対して所定量ＱＴが一定値となるのは、所定量ＱＴは比熱変化帯Ｃ２の冷却水の総潜熱量以上にはならないことを表している。比熱変化帯Ｃ２の冷却水の総潜熱量を超える熱が冷却水に対して与えられた場合は、総潜熱量を超える分が顕熱として冷却水の温度上昇を生じさせることになる。図５は機関負荷に応じて所定量ＱＴを決定するマップの例だが、吸気温度や車速に応じて所定量ＱＴを決定するマップに基づき所定量ＱＴを決定しても良い。例えば、吸気温度が高いほど、車速が低いほど、オーバーヒートし易くなるため、所定量ＱＴを大きい値に設定する。
【符号の説明】
【００５１】
１     内燃機関
２     冷却水通路
２ａ〜２ｇ    通路
３     ラジエータ
４     オイルクーラ
５ａ   スロットル弁
５ｂ   ＥＧＲ弁
６     リザーバタンク
７     ヒータコア
８     クーラ
９     電子サーモスタット
１０   ウォータポンプ
１１   水温センサ
１２   ＥＣＵ
１３   クランクポジションセンサ
１４   アクセルポジションセンサ
Ｃ１，Ｃ２    比熱変化帯
Ｐ１，Ｐ２    粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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